【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 頂件上端面在擠壓時(shí)，其中心處的單位壓力最大。如擠壓件下端面的平整度要求高時(shí)，可以在頂桿上端面做成圓錐面，如圖b所示，～，這樣可以抵消單位擠壓力造成的彈性變形，以確保擠壓件得到平整的底平面。 三、反擠凸模與凹模制造尺寸與公差反擠壓時(shí)，模具工作部分的間隙，決定了擠壓件壁厚的大小。由于擠壓時(shí)模具工作部分的磨損，這個(gè)間隙就會(huì)越來(lái)越大，因此擠壓件的壁厚尺寸也越來(lái)越大，在設(shè)計(jì)模具工作部分的尺寸和公差時(shí)，必須考慮模具有一定的磨損量，同時(shí)又不影響擠壓件的尺寸精度要求。這樣既可以擠出合格的產(chǎn)品，又可以提高模具的使用壽命。下面分兩種情況來(lái)進(jìn)行計(jì)算。擠壓件尺寸公差如圖619所示。第三節(jié) 預(yù)應(yīng)力組合凹模設(shè)計(jì)在冷擠壓的生產(chǎn)實(shí)踐中，人們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，如果整體式凹模在擠壓中受到的單位擠壓力較大時(shí)，往往導(dǎo)致凹模向外擴(kuò)展而產(chǎn)生切向開裂，如圖620所示。為了提高冷擠壓凹模的強(qiáng)度，確保凹模在較大的單位擠壓力下有較長(zhǎng)的使用壽命，一般均采用預(yù)應(yīng)力組合凹模結(jié)構(gòu)形式。所謂組合凹模就是利用過(guò)盈配合，用一個(gè)或兩個(gè)預(yù)應(yīng)力圖將凹模緊套起來(lái)而制成的多層凹模結(jié)構(gòu)。 根據(jù)單位擠壓力大小，冷擠壓凹?？刹捎萌N類型（圖621），即：整體式凹模圖a，兩層組合凹模圖b，三層組合凹模圖c。其中左半圖為末壓合前，右半圖為壓合后。　 一、整體式凹模受力分析冷擠壓時(shí)，整體式凹模內(nèi)腔受到變形金屬材料的徑向壓力，這種受力狀況近似于厚壁圓筒承受徑向內(nèi)壓的受力狀態(tài)。其之所以是近似，是因?yàn)槔鋽D壓時(shí)凹模不在厚壁圓筒內(nèi)壁整個(gè)高度上受壓力，另外據(jù)有限元數(shù)值計(jì)算及實(shí)測(cè)，凹模內(nèi)壁所受的單位擠壓力低于凸模端面上的單位擠壓力，因此用這種假設(shè)所計(jì)算的凹模應(yīng)力值是偏大的，設(shè)計(jì)是安全的。先分析厚壁圓筒的受力情況。當(dāng)厚壁圓筒的內(nèi)半徑為r外半徑為r受內(nèi)壓力p外壓力p而無(wú)軸向力作用時(shí)，厚壁圓筒筒壁任意一點(diǎn)r處的應(yīng)力可由拉美（Lame）公式求得. 可以看出：（1）當(dāng)作用在整體式及凹模內(nèi)壁的最大切向拉應(yīng)力超過(guò)凹模材料抗拉強(qiáng)度時(shí)，就要從凹模內(nèi)壁處產(chǎn)生裂紋而造成切向開裂。（2）當(dāng)作用在整體式凹模內(nèi)壁的最大等效應(yīng)力超過(guò)凹模材料許用應(yīng)力時(shí)，就要從凹模內(nèi)璧處開始產(chǎn)生破壞。 綜上所述，在冷擠壓?jiǎn)挝粩D壓力較高的情況下，凹模不宜采用整體式凹模。通過(guò)理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，為了提高凹模強(qiáng)度，防止凹模的切向開裂及凹模內(nèi)壁的破壞，采用預(yù)應(yīng)力的組合凹模是種行之有效的方法。 二、組合凹模受力分析為了分析問(wèn)題簡(jiǎn)單起見，這里對(duì)兩層組合凹模（即內(nèi)凹模和預(yù)應(yīng)圈）的受力進(jìn)行分析。 １．未擠壓時(shí)組合凹模預(yù)應(yīng)力分布（１）內(nèi)凹模受接觸預(yù)壓力p作用時(shí)的預(yù)應(yīng)力分布 （２）預(yù)應(yīng)力圈受接觸預(yù)壓力作用時(shí)的預(yù)應(yīng)力分布 （３）組合凹模組合后而未擠壓時(shí)的預(yù)應(yīng)力分布組合凹模組合后而未擠壓時(shí)的預(yù)應(yīng)力等于內(nèi)凹模受接觸預(yù)壓力p2k作用產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力圈受接觸預(yù)壓力p2k′作用產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力相疊加而成，其分布情況如圖626所示。 ２．組合凹模擠壓時(shí)的應(yīng)力分布（１）組合凹模作為整體凹模時(shí)應(yīng)力分布（２）組合凹模擠壓時(shí)的實(shí)際應(yīng)力分布組合凹模擠壓時(shí)的實(shí)際應(yīng)力應(yīng)為未擠壓時(shí)預(yù)應(yīng)力與擠壓時(shí)不考慮接觸預(yù)應(yīng)力時(shí)的應(yīng)力相疊加而成，其分布情況見圖628。從圖中可以看出，由于組合凹模中的內(nèi)凹模與預(yù)應(yīng)力圈采用過(guò)盈配合，壓入后兩者的接觸面產(chǎn)生接觸預(yù)應(yīng)力，該接觸預(yù)應(yīng)力使內(nèi)凹模上產(chǎn)生切向壓應(yīng)力；而預(yù)應(yīng)力圈上產(chǎn)生切向拉應(yīng)力。因此，組合凹模擠壓時(shí)，內(nèi)凹模所產(chǎn)生的切向拉應(yīng)力就被抵消而減小，而預(yù)應(yīng)力圈上所產(chǎn)生的切向拉應(yīng)力被疊加而增加。這樣，內(nèi)凹模與預(yù)應(yīng)力圈的切向應(yīng)力趨于相同。如果組合凹模預(yù)應(yīng)力圈的尺寸選擇得適當(dāng)，其過(guò)盈量也足夠大，甚至可以使內(nèi)凹模的內(nèi)壁在擠壓時(shí)完全沒(méi)有切向拉應(yīng)力。對(duì)一定尺寸的組合凹模進(jìn)行強(qiáng)度分析可得知：。 組合凹模的優(yōu)點(diǎn)是：（1）顯著地提高內(nèi)凹模在擠壓時(shí)的承載能力，提高內(nèi)凹模的強(qiáng)度。（2）節(jié)省了昂貴的模具鋼。原來(lái)整個(gè)凹模要用高級(jí)合金工具鋼制成，現(xiàn)在僅內(nèi)凹模用高級(jí)合金工具鋼即可，預(yù)應(yīng)力圈可改用較差一些的合金鋼或中碳鋼來(lái)制成。（3）由于內(nèi)凹模尺寸小，熱處理容易，提高了模具鋼熱處理的質(zhì)量，同時(shí)小尺寸規(guī)格模具鋼的碳化物偏析情況得到改善，提高了模具鋼的原始材質(zhì)。當(dāng)內(nèi)凹模損壞后，僅需調(diào)換內(nèi)凹模，預(yù)應(yīng)力圈仍可繼續(xù)使用。(4)內(nèi)凹模可以采用硬質(zhì)合金，大大地延長(zhǎng)模具使用壽命。硬質(zhì)合金呈脆性、抗拉性能差，其不可能作為整體式凹模的材料。但當(dāng)組合凹模設(shè)計(jì)得使內(nèi)凹模內(nèi)壁在擠壓時(shí)完全沒(méi)有切向拉應(yīng)力或切向拉應(yīng)力較小時(shí)，硬質(zhì)合金就能作為內(nèi)凹模的材料充分發(fā)揮其硬度高、極耐磨的特點(diǎn)，可廣泛地應(yīng)用于大批量擠壓的場(chǎng)合。三、組合凹模尺寸計(jì)算組合凹模尺寸計(jì)算首先要確定凹模的形式，即采用整體式還是采用兩層或三層組合凹模；其次要確定組合凹模內(nèi)凹模和各層預(yù)應(yīng)力圈的直徑；最后決定內(nèi)凹模和各層預(yù)應(yīng)力圈的徑向過(guò)盈量和軸向壓合量。１．凹模形式的確定 在設(shè)計(jì)組合凹模時(shí)，根據(jù)內(nèi)凹模使用材料可分為兩種情況：（１）一般工具鋼制成的內(nèi)凹模，有足夠的抗拉強(qiáng)度，允許在一定的拉應(yīng)力狀態(tài)下工作。 當(dāng)單位擠壓力p≤1100MPa時(shí)，可采用整體式凹模。當(dāng)1100MPap≤1600MPa時(shí)，可采用兩層組合凹模（即具有一層預(yù)應(yīng)力圈）。當(dāng)1600MPap≤2500MPa時(shí)，可采用三層組合凹模（即具有兩層預(yù)應(yīng)力圈）。（2）硬質(zhì)合金作為內(nèi)凹模材料，由于抗拉強(qiáng)度很低甚至為零。設(shè)計(jì)時(shí)就必須設(shè)定其不允許在拉應(yīng)力狀態(tài)下工作。當(dāng)p≤1100MPa時(shí)，采用兩層組合凹模；當(dāng)1100MPa≤p≤1900MPa時(shí)應(yīng)采用三層組合凹模。整體式凹模在這種情況下沒(méi)有使用價(jià)值。２．組合凹模各圈尺寸確定 凹模的總直徑比a一般取4～6的數(shù)值，但對(duì)于多層組合凹模而言，中間各圈直徑的確定必須合理，否則會(huì)影響凹模的強(qiáng)度。 ３．組合凹模徑向過(guò)盈量μ與軸向壓合量C的確定（１）兩層組合凹模徑向過(guò)盈量μ2與軸向壓合量C2見(圖621)的確定 在決定了各圈直徑后,可按圖631與圖632決定d2處的徑向過(guò)盈量μ2與軸向壓合量C2。先按圖631與圖632查出徑向過(guò)盈量系數(shù)β2與軸向壓合量系數(shù)δ2,然后按下式計(jì)算徑向過(guò)盈量μ2(雙向)與軸向壓合量C2。μ2=β2ｄ2 ， C2=δ2ｄ2式中 ｄ2——預(yù)應(yīng)力圈內(nèi)徑(mm)；μ2——ｄ2處的徑向雙向過(guò)盈量(mm) ； β2——徑向過(guò)盈系數(shù)；C2——ｄ2處的軸向壓合量(mm)； δ2——ｄ2處的軸向壓合系數(shù)。 （２）三層組合凹模徑向過(guò)盈量μμ3與軸向壓合量CC3(見圖621)的確定在決定了三層組合凹模的各圈直徑之后,便可按圖633與圖634查出徑向過(guò)盈系數(shù)β與軸向壓合系數(shù)δ,然后按下式計(jì)算徑向過(guò)盈量μμ3與軸向壓合量CC3　。μ2=β2ｄ2 ， C2 =δ2ｄ2μ3=β3ｄ3 ， C3　=δ3ｄ3式中 μμ3————ｄｄ3處的徑向雙向過(guò)盈量（ｍｍ）；C C 3————ｄｄ3處的軸向壓合量（ｍｍ）；ββ3——ｄｄ3處的徑向過(guò)盈系數(shù)；δδ3——ｄｄ3處的軸向壓合系數(shù)；四、組合凹模的壓合工藝根據(jù)組合凹模過(guò)盈量的大小及具體的生產(chǎn)條件，選用適當(dāng)?shù)膲汉瞎に嚒Ｄ壳霸谏a(chǎn)實(shí)踐中主要有以下三種方法：１．熱壓配合法 先將外圈加熱后再套到內(nèi)圈上，利用熱脹冷縮的原理使外圈在冷卻后將內(nèi)圈包緊，也俗稱為“紅套”。采用這種方法，各圈的配合面均為圓柱面，加工容易。但當(dāng)預(yù)緊過(guò)盈量較大時(shí)，預(yù)應(yīng)力圈的加熱溫度可能高于材料的回火溫度（一般回火溫度為500～600℃），就會(huì)使材料的硬度下降，縮短凹模的使用壽命。外圈加熱選擇的熱膨脹變形要比實(shí)際所需的熱膨脹變形大10％。對(duì)于加熱溫度高于450℃時(shí)，必須采用防氧化措施。因此熱壓配合法僅適用于小過(guò)盈量的壓合。２．冷壓配合法 采用干冰或低溫處理裝置將內(nèi)凹模冷卻，然后再將預(yù)應(yīng)力圈套在內(nèi)凹模外。這種方法各圈的配合面也均為圓柱面。由于冷卻溫度有一定限制，該法也僅適用于小過(guò)盈量的壓合。３．常溫強(qiáng)力壓合法 常溫強(qiáng)力壓合時(shí)各圈的配合面均為錐面，錐面配合斜度γ一般采用1186。3039。，不宜超過(guò)3176。，否則在使用過(guò)程中會(huì)自動(dòng)松脫。各圈配合面要有70％以上的面積相貼合，否則將造成預(yù)緊力達(dá)不到要求而使得內(nèi)凹模開裂。三層組合凹模壓合時(shí)，各圈的壓合次序是自外向內(nèi)，即先將中預(yù)應(yīng)力圈壓入外預(yù)應(yīng)力圈中，再將內(nèi)凹模壓入中預(yù)應(yīng)力圈中。壓出次序則相反。壓合后的內(nèi)凹模的型腔尺寸有所收縮，必須進(jìn)行修正，也可以對(duì)收縮量進(jìn)行理論計(jì)算或憑經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，預(yù)先把收縮量計(jì)入，以便壓入后內(nèi)凹模型腔尺寸為所需的尺寸。常溫壓合法一般在油壓機(jī)上進(jìn)行，壓合時(shí)必須采用一些必須的防護(hù)裝置，如有機(jī)玻璃擋板，以保證操作者的安全。第四節(jié)　卸件和頂出裝置設(shè)計(jì)擠壓結(jié)束后，擠壓件由于彈性變形的恢復(fù)，有可能緊包在凸模上，也有可能卡在凹模型腔內(nèi)，需要將擠壓件卸下或頂出。將擠壓件從凸模上卸下的裝置稱為卸件裝置，將擠壓件從凹模型腔內(nèi)頂出的裝置稱為頂出裝置。一、卸件裝置當(dāng)凸模向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行擠壓時(shí)，卸料板下面的彈簧被壓縮。當(dāng)擠壓結(jié)束后凸模向上運(yùn)動(dòng)時(shí)彈簧恢復(fù)，使卸料板與固定螺栓的螺母端面相靠緊。凸模繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，擠壓件碰到卸料板被卡下。這種結(jié)構(gòu)可以減小凸模的長(zhǎng)度。裝在卸料板內(nèi)的卸件環(huán)經(jīng)熱處理淬火，提高其耐磨性，延長(zhǎng)卸料板的使用壽命，同時(shí)使卸料板具有通用性，通過(guò)更換卸件環(huán)